Hàm lượng của các tạp chất cần tách sẽ được khống chế bằng điều kiện công nghệ của quá trình.
2.2.2 Điều kiện công nghệ:
- Nhiệt độ phản ứng:
Nhiệt độ của nguyên liệu vào reactor (RIT) có vai trò quan trọng để thúc đẩy phản ứng hidro hóa làm sạch. Quá trình desunfua hóa tăng khi nhiệt độ giảm. RIT cần phải thay đổi để phù hợp với yêu cầu sản phẩm, phù hợp với độ hoạt tính của xúc tác và cần phải giữ tốc độ phản ứng mong muốn. Bình thường trong điều kiện thực tế chọn RIT = 3250C.[1]
- Áp Suất
Áp suất trong reactor càng cao, lượng cốc lắng đọng trên xúc tác càng ít và xúc tác làm việc càng lâu. Thông thường áp suất trong reactor từ 29 đến 60 kG/cm2[1]. Áp suất trong reator được kiểm tra bằng bộ kiểm tra khống chế tự động ( PC ) đặt ngay trước bộ phận tách của sản phẩm.
Lựa chọn áp suất làm việc có liên quan đến mức độ tiêu hao hidro ( tỉ lệ H2/RH), điều này phải được dự định trước khi thiết kế. Vì cả hai thông số này sẽ được xác định áp suất riêng phần của hydrocacbon trong reactor. Áp suất riêng phần của hydrogen có thể tăng lên bằng cách khống chế tỉ lệ H2/RH cao ở cửa vào của reactor. Nhưng cần phải tính đến các hạn chế về chỉ tiêu kinh tế do tăng vốn đầu tư và giá thành thao tác.
- Tốc độ không gian thể tích (LHSV)
Tốc độ không gian thể tích là lượng naphta nguyên liệu trên lượng xúc tác chứa trong reactor trong một đơn vị thời gian là 1 giờ. Như vậy, đơn vị của LHSV là h-1.
LHSV có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. LHSV càng cao chất lượng của sản phẩm càng thấp hoặc là số lượng các phản ứng có thể xảy ra càng ít. Tăng nhiệt độ của reactor sẽ bù lại được ảnh hưởng này.
Ví dụ, một thiết kế có tốc độ không gian thể tích LHSV bằng 14,7 h-1 được tính như sau:
Nguyên liệu được nạp với tốc độ là 132 m3/h, xúc tác chứa trong reactor là 9m3. Vậy LHSV = 132/9 = 14,7 h-1.
- Tỉ lệ H2/RH
Tỉ lệ này là tốc độ dòng của khí hidro tuần hoàn trên tốc độ dòng của naphta nguyên liệu (m3/m3). Để tách hoàn toàn lưu huỳnh và nitơ, khí hidro cần có độ tinh khiết cao. Tỉ lệ này cần được kiểm tra điều khiển tự động.
Tỉ lệ cao quá mức cần thiết sẽ dẫn tới tăng chi phí thao tác, tốn thêm nhiên liệu và năng lượng. Tỉ lệ thấp quá sẽ dẫn tới tăng hàm lượng cốc bám trên xúc tác và không đạt yêu cầu tách các tạp chất. Theo thiết kế tỉ lệ này vào khoảng 77m3/m3.[1]
2.2.3. Hệ thống reactor
Nguyên liệu ( xăng chưng cất trực tiếp) được bơm nén đến áp suất khoảng 45 kG/cm2 nhờ bơm nạp liệu P1 và được chuyển vào dây chuyền công nghệ thông qua bộ phận kiểm tra và điều khiển tự động. Sau đó, nguyên liệu được trộn với hydro từ máy nén hydro tuần hoàn theo tỉ lệ hydro theo yêu cầu chọn trước.
Nguyên liệu gồm phân đoạn dầu và hydro được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt E1, ở đây nguyên liệu nhận nhiệt bởi sản phẩm đi ra từ reactor và sau đó được nạp vào thiết bị đốt nóng H1. Tại đây, nguyên liệu được đốt nóng lên tới nhiệt độ phản ứng, sau đó đưa vào reactor chứa xúc tác V1.
Các phản ứng hydrodesunfua xảy ra trong reactor khi hỗn hợp phản ứng chuyển qua lớp xúc tác, đồng thời cũng xảy ra các phản ứng khác như cracking, hydro hóa ... nhưng với tốc độ nhỏ hơn. Sản phẩm ra khỏi reactor được vào thiết bị tách V2 sau khi đi qua thiết bị trao đổi nhiệt E1 và tiếp theo được làm lạnh bởi thiết bị ngưng tụ E2. Trong thiết bị tách khí V2, khí hydro và một lượng nhỏ khí hydrocacbon được tách khỏi dòng. Hydro và khí hydrocacbon từ đỉnh của thiết bị tách đi vào máy nén. Một lượng nhỏ hidrocacbon hóa lỏng được tách ra ở đây. Sau đó khí hydro được nén và được tuần hoàn trở lại bởi máy nén.
Hydro tinh khiết được bổ sung qua bộ phận điều khiển áp suất từ công đoạn reforming để giữ mức độ ổn định của hydro, lượng hydro bổ sung này thay thế cho lượng
hydro đã tiêu hao trong phản ứng hydro hóa các táp chất và đảm bảo cho áp suất trong reactor không đổi. Hydro này được lấy từ bộ phận sản xuất và tinh chế hydro.
2.2.4. Hệ thống phân đoạn
Dầu sau thiết bị tách V2 được đưa vào hệ thống phân đoạn. Mức dầu đưa sang hệ thống được khống chế tự động bởi van tự động. Dầu ở áp suất 13 kG/cm2 được bơm nạp liệu đưa vào đĩa thứ 12 của tháp phân đoạn V3 sau khi được đốt nóng ở thiết bị trao đổi nhiệt E3.
Trong tháp phân đoạn, dầu được đốt nóng tới nhiệt độ yêu cầu khi dùng thiết bị đốt nóng sản phẩm đáy H1.
Các cấu tử nhẹ H2S và NH3 chứa trong dầu sẽ bay hơi và đi ra ngoài ở đỉnh tháp phân đoạn rồi đưa vào thiết bị thu đỉnh V4, sau khi đã được làm lạnh ở thiết bị ngưng tụ E4.
Tất cả phần ngưng ở V4 được tưới hồi lưu trở lại tháp phân đoạn V3, trong khi đó khí không ngưng sẽ được đưa sang bộ phận xử lý khí qua van khống chế.
Có một đường ống riêng biệt để tách phần ngưng tụ từ bể chứa qua bộ phận thu trong trường hợp cần thiết ( ví dụ để điều chỉnh nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn).
Sản phẩm đáy của tháp V3 được chia làm hai dòng:
• Một dòng nhờ bơm sản phẩm đáy bơm cho tuần hoàn qua thiết bị đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết.
• Một dòng được đưa vào bể chứa sản phẩm và bể chứa nguyên liệu dự trữ cho reforming.
Chất lượng của nguyên liệu và sản phẩm sau khi hydro hóa làm sạch được thể hiên:
Bảng 8: [1]
Nguyên liệu Sản phẩm
Tỷ trọng
Khoảng nhiệt độ sôi, 0C Lưu huỳnh tổng Nito tổng 0,73-0,75 90-1450C 170 ppm kh.I 1,2 ppm (kh.I) Max. 0,2 ppm Max. 0,1 ppm
2.3. Sản phẩm của quá trình reforming xúc tác:
Sản phẩm chính thu được trong quá trình reforming xúc tác bao gồm xăng có trị số octan cao, các hydro cacbon thơm (BTX). Quá trình reforming cũng là một nguồn đáng kể để sản xuất ra sản phẩm phụ thuộc là hydro kỹ thuật đặc biệt là trong quá trình sử dụng nguyên liệu giàu naphten để sản xuất hydrocacbon thơm.
2.3.1 Xăng có trị số octan cao:
Xăng reforming xúc tác là loại xăng quan trọng nhất vì nó có hàm lượng các hợp chất thơm và trị số octan rất cao và ổn định, hàm lượng sunfua và nhựa thấp. Nó có thể sử dụng ngay mà không cần xử lý thêm. Xăng reforming cũng là thành phần chính để sản xuất xăng không chì. Đặc tính xăng reforming phụ thuộc chủ yếu vào nguyên liệu đầu và đặc tính của quá trình (chế độ làm việc, xúc tác). Khi đạt được trị số octan rất cao thì hàm lượng các hợp chất thơm và tỷ trọng tăng nhưng hiệu suất và tính dễ bay hơi giảm. Xăng reforming có thành phần chủ yếu là các hydrocacbon thơm và parafin, lượng hydrocacbon không no chỉ chiếm 2%, lượng naphten không quá 10%, Vì vậy có độ ổn định cao. Các hydrocacbon thơm trong xăng tập trung ở các phân đoạn có nhiệt độ sôi hơi cao do đó sự phân bổ trị số octan là không đều. Khoảng nhiệt độ sôi của vùng sản phẩm là rộng hơn của nguyên liệu .Một ít hợp chất thơm và olefin có thể bị ngưng tụ tạo ra những hợp chất có nhiệt độ sôi rất cao. Vì áp suất cao thích hợp cho phản ứng hydrocracking và áp suất thấp thích hợp cho phản ứng dehydrohóa, sản phẩm của quá trình áp suất cao có nhiệt độ sôi thấp, vì phản ứng hydrocracking làm thấp khoảng nhiệt độ sôi, còn phản ứng dehydrohóa làm tăng lên lượng hợp chất thơm tập trung ở phần nhiệt độ sôi cao. Do vậy phần có nhiệt độ cao hơn có trị số octan cao hơn. Tính chất và thành phần sản phẩm của một số loại xăng reforming được trình bày ở bảng 6. Butan tạo ra trong quá trình thường chứa từ 40 ÷ 50% isobutan, pentan chứa khoảng 55 ÷ 65% và iso tuỳ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và điều kiện tiến hành quá trình mà ta có thể thu được xăng có trị số octan lên tới 100 ÷ 105 (RON) [1]
Ưu điểm của xăng reforming xúc tác là trị số octan cao, lượng olefin thấp nên độ ổn định oxy hóa cao (1700 ÷ 1800 phút), thuận lợi cho quá trình bảo quản, tồn chứa và
vận chuyển. Tuy vậy, nhược điểm lớn nhất của xăng reforming xúc tác là ít phần nhẹ trong quá trình không xảy ra sự cắt mạch cacbon để tạo hydrocacbon nhẹ nên tỷ trọng xăng cao, áp suất hơi bão hòa thấp, sự phân bổ thành phần phân đoạn không đều nên động cơ sẽ khó khởi động nếu nhiệt độ thấp và làm việc ở chế độ không ổn định.